CC BY
84
башмака рассолоподъемной колонны к времени осаждения.
3. В зоне башмака рассолоподъемной колонны для прямоточных схем подачи растворителя нерастворимые частицы
1. Салохин В.И., Хрулев А.С., Каналин Д.В.
Моделирование процесса конвективного смешения воды и рассола в камерах подземного растворения каменной соли. Горный информационноаналитический бюллетень, №9. - М.: Изд-во МГГУ. 2001.
перемещаются восходящим потоком растворителя. Для определения скорости была получена эмпирическая формула.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Салохин В.И., Хрулев А.С., Каналин Д.В.
Влияние гидродинамических процессов в камере подземного растворения на осаждение и вынос нерастворимых включений. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 12. - М.: Изд-во МГГУ. 2002.
— Коротко об авторах ----------------------------
Каналин Д.В. - научный сотрудник, ООО «Подземгазпром».
----------------------------------------------------------------- НОВИНКИ
ИЗДАТЕЛЬСТВА МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Евдокимов А.В., Симанкин А.Г. Сборник упражнений и задач по маркшейдерскому делу: Учебное пособие для вузов. — 297 с.: ил.
КВЫ 5-7418-0310-5 (в пер.)
Приведены примеры и задачи по основным видам маркшейдерских работ, выполняемых при разведке и добыче полезных ископаемых. Особое внимание уделено описанию задач по оценке точности результатов измерений, устройству основных маркшейдерских приборов и работе с ними, определению площадей, маркшейдерским работам на карьерах, шахтах, рудниках, в том числе и при строительстве, соединительным горизонтальным и вертикальным съемкам, маркшейдерским работам при проведении горных выработок, геометризации недр.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Маркшейдерское дело» направления подготовки дипломированных специалистов «Горное дело». Может быть полезен инженерно-техническим работникам горно-добывающих предприятий.
УДК 622.1(075)
------------------------------------------------------ © Е.П. Каратыгин, 2005
УДК 622.014.2:502.76:546:553.631.002.68
Е.П. Каратыгин
ГОРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ РАЗМЕЩЕНИЯ ЖИДКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ОТХОДОВ В ПОДЗЕМНОЙ СОЛЯНОЙ КАМЕРЕ
Семинар № 14
Введение
настоящее время складирование и захоронение промышленных и бытовых отходов практикуется несколькими способами, начиная от наземных полигонов складирования твердых и жидких отходов, могильников в отработанных горных выработках и кончая размещением жидких отходов в глубокозалегающих формациях.
Закачка токсичных отходов и промстоков в глубокие горизонты практикуется в ряде стран Европы (Англия, Германия, Франция, Польша) и Америки (США, Канада, Венесуэла и др.).
В странах СНГ жидкие отходы атомной, химической, нефте- и газоперерабатывающей промышленности начали захоранивать более 30-35 лет тому назад. К 1999 году на подземных полигонах в водоносных горизонтах было захоронено более 300 млн. м3 токсичных, радиоактивных отходов и промышленных стоков.
Одновременно для размещения промышленных отходов различного назначения, хранения газа и нефтепродуктов в мировой практике широко используются подземные глубокозалегающие соляные выработки, созданные методом подземного растворения через буровые скважины. Такие подземные хранилища созданы почти на всех соляных месторождениях Европы и Америки, странах СНГ.
Основные положения
Горно-геологический мониторинг
функционально должен состоять из следующих трех подсистем:
1. Получение информации о современном состоянии природной среды и ее изменениях.
2. Наблюдение и контроль изменения окружающей природной среды и размещаемых отходов.
3. Оценка и прогноз изменений окружающей природной среды.
Первая подсистема включает весь комплекс исследований, направленных на изучение основных характеристик окружающей природной среды, используемых, в данном случае, для проектирования установки по размещению отходов в подземной соляной камере. Она объединяет физико-химические, токсикологические, геолого-гидрогео-логические, почвенные и другие исследования в районе влияния установки. Основная цель выполнения этой подсистемы: обеспечение всей необходимой информацией перед началом работ установки.
Реализация первой подсистемы осуществляется путем сбора материалов предыдущих работ и проведения комплексных целевых геолого-экологичес-ких и физико-химических исследований природной среды и отходов в пределах изучаемой территории. Границы территории, как правило, определялись целями исследования.
Реализация второй подсистемы сводится к созданию сети комплексных специализированных наблюдений за состоянием и изменением не только основных компонентов окружающей среды (атмосферного воздуха, поверхностных вод, почв, грунтов и подземных вод), происходящих под влиянием деятельности установки, но и физико-химических изменений состава отходов и получаемых рассолов.
Третья подсистема должна, по сути, представлять собой автоматизированную и информационную систему, в которую непрерывно поступает для хранения, обработки и составления прогнозов информация, получаемая в процессе проведения комплексных исследований и специализированных наблюдений за изменениями окружающей природной среды, а также
данные по составу отходов. Такая система должна быть создана на первом этапе работ.
Решение задач второй основной подсистемы осуществляется по следующим направлениям:
• мониторинг экотоксикантов;
• технологический мониторинг;
• мониторинг состояния недр,
включающий несколько видов наблюдений: геологический контроль, гидрогеологический контроль, геофизический контроль;
• мониторинг технического состояния скважины.
Решение задач мониторинга рассматривается на примере эксплуатации опытной установки (ОУ) размещения отходов эпихлоргидрина предприятия ООО «Усольехимпром» в Иркутской области.
Отходы производства эпихлоргидрина (ЭПХГ) представляют собой сложную органическую многокомпонентную смесь изомеров моно-, ди- и трихлорпроизвод-ных углеводородов, относящуюся к 3 классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности».
Обоснованность размещения отходов ЭПХГ была рассмотрена в работе «Оценка надежности размещения токсичных отходов в подземных камерах Усольского месторождения каменной соли» (Горный информационно-анали-тический бюллетень, М., Изд-во МГГУ, 2004 г.). Мониторинг экотоксикантов Установка расположена на окраинной части горного отвода рассолопромысла ООО «Усольехимпром», имеющего общую границу горного отвода с комбинатом «Сибсоль» (рис. 1).
Площадка ОУ располагается на территории свободной от застройки, на всхолмленном рельефе, с выраженным падением поверхности земли с юго-запада на северо-восток.
Удаление площадки ОУ от р. Ангара составляет 3 км. Вокруг объекта проектом предусмотрено создание санитарно-
защитной зоны радиусом 300 м, в пределах которой сельскохозяйственная деятельность запрещена. Вокруг горного отвода рассолопромысла расположен ряд промышленных предприятий (промпло-щадка ООО «Усольехимпром», полигоны промышленных и бытовых отходов, шла-монакопители, сользавод и т.д.), что обу-
славливает необходимость проведения регулярных токсикологических исследований для оценки и прогнозирования экологической обстановки с целью минимизации риска для окружающей среды и здоровья населения.
Такой комплекс исследований был проведен в 2004 году до начала работы ОУ под руководством сотрудника Института Токсикологии Минздрава РФ Колба-сова С.Е. и, в дальнейшем, будет повторяться ежегодно в летне-осенний период.
Объектами мониторинга были подземные, грунтовые и поверхностные воды, почвы, грунты, растения и биота (например, картофель с индивидуальных полей, трава, молоко частного хозяйства и т.д.).
Точки взятия проб намечались совместно с представителями ООО «Усольехимпром» с таким расчетом, чтобы охватить зону влияния объектов ОУ.
Результаты исследований определили санитарно-токсикологический фон перед началом закачек отходов в подземную соляную камеру, которые были начаты в октябре 2004 года.
Технологический мониторинг
Технологический мониторинг включает в себя систему наблюдений, замеров и анализа закачки отходов ЭПХГ, начиная от точки их смешения при получении регламентируемых показателей в узле подготовки до скважины № Р-2х, включая площадку скважины № Р-2х и окружающие контролирующие точки.
Основным объектом наблюдений является скважина № Р-2х, пробуренная в 1952 году на глубину 1400 м и вскрывшая 11 пластов каменной соли различной мощности. Эксплуатация скважины происходила в период 09.59-03.88 гг. Скважина отработала два нижних пласта каменной соли и
была законсервирована при объеме камеры 1096 тыс. м3.
На момент начала опытных работ конструкция скважины была следующая (см. рис. 2):
• кондуктор 0 426 мм установлен на глубине 45,3 м;
• основная техническая колонна 0 273 мм спущена до глубины 1221 м с подъемом цементного раствора на высоту 190 м;
• свободно висящие технологические колонны установлены на глубине:
водоподающая (бывшая) колонна 0 219 мм - 1230 м;
рассолоподъемная колонна 0 146 мм - 1240 м;
продуктоприемная колонна НКТ 0 73 мм - 1265 м;
• объем верхней камеры - 550 тыс.
м3.
Таким образом, исходя из конкретных горно-геологических условий камеры скважины № Р-2х и технических возможностей контролирующей аппаратуры, методика проведения контроля процесса закачки, заполнения выработки и состояния окружающей среды включает:
• контроль количества подаваемых отходов, химического состава и плотности (ежесменно);
• контроль количества вытесняемого рассола, его химического состава, плотности, в том числе степень загрязнения хлорорганикой;
• периодический отбор проб рассола из буферной зоны (межтрубье колонн
0 219-146 мм) для определения химического состава на наличие хлорорганики (контроль герметичности колонн скважин);
0 273 мм" 1 1221 м М
0 219 мм 1230 м \\
0 146 мм 1240 м \
Рис. 2. Конструкция скважины для размещения отходов
• периодический отбор глубинных проб жидкостей на наличие хлорорганики
проб жидкостей в стволе скважины на вы- целесообразно производить до начала и по-
соте 50-60 м, считая от дна камеры. Отбор сле окончания закачки отходов, а также
один раз в середине планируемого периода закачки;
• отбор глубинных проб рассола в окружающих рассолодобычных скважинах №№ 6х и 9х после окончания закачки отходов на наличие хлорорганики. Для отбора глубинных проб жидкостей рекомендуется использовать, например, глубинный всасывающий поршневой пробоотборник ВПП-300 0 38 мм.
На площадке опытной установки производятся замеры расходов и давлений закачиваемых и вытесняемых жидкостей. Замеры производятся на трубопроводной обвязке скважины № Р-2х непрерывно самопишущими приборами и контролируются оператором по показывающим приборам, установленным на оголовке скважины. Предусмотрена возможность отбора контрольных проб жидкостей из любой колонны с помощью специально установленных на оголовке штуцеров с кранами.
4. Мониторинг геологической среды
На площади Усольского месторождения каменной соли построены и эксплуатируются два рассолопромысла на ООО «Усольехимпром» и комбинате «Сибсоль», имеющие общую границу горного отвода, и площадка комбината «Прибайкалье», расположенная на расстоянии более 1,5 км от горных отводов рассолопромыслов. Подземные хранилища созданы на глубине 1000-1100 м (V и VI пласты), отработка месторождения рассолодобычными скважинами была начата с глубины 1370-1380 м (XI пласт). Камера размещения отходов в скважине № Р-2х расположена в интервале глубин 1226-1272 м (X пласт).
Соленосная толща Усольского месторождения представлена переслаивающимися пластами каменной соли, доломитами, ангидритами и мергелистыми сланцами. Контакты несолевых пород с пластами каменной соли крепкие, нетрещиноватые, что подтверждается развитием подземных выработок пролетом до 200-260 м. Водоносные горизонты в разрезе промышленной соленосной толщи не выявлены.
Горные отводы рассолопромыслов размещены в центральной части слабо нарушенного блока, вдалеке от дизъюнктивных нарушений и потому надежно изолированы мощной соленосной толщей не только от дневной поверхности и надсолевой части разреза, но и друг от друга. Для контроля герметичности соляного массива предусматривается контрольный отбор проб воды на наличие хлорорганики после окончания ежегодной закачки отходов в наблюдательной сети и во всех работающих рассольных скважинах.
Кроме действующей сети ООО «Усолье-химпром» предусматривается использование данных мониторинга подземных вод сторонних организаций («Сибсоль», «Прибайкалье»).
Мониторинг подземных вод
Контрольно-наблюдательные скважины
Для контроля состояния окружающей среды в зоне потенциального влияния ООО «Усольехимпром» в свое время была создана мониторинговая сеть скважин, ориентированных на водоносные комплексы четвертичных и юрских отложений.
Наблюдения за состоянием подземных вод, включающие замеры уровня и температуры воды, глубины скважины, производятся ежеквартально по контрольнонаблюдательным скважинам. Отбирались отдельные пробы воды из скважин на сокращенный химический анализ и на определение содержания нефтепродуктов и тяжелых металлов. Все эти данные были использованы при разработке проекта строительства ОУ. В период эксплуатации опытной установки ООО «Усольехимпром» будет продолжать мониторинг качества подземных вод по действующей сети наблюдательных скважин по разработанной методике.
В связи с тем, что скважины имеющейся сети достаточно широко размещены и могут очень поздно реагировать на гидравлические и гидрохимические возмущения, в районе скважины № Р-2х проектом работ предусматривается, кроме действующей наблюдательной сети, организация в пределах рассолопромысла сети специальных мони-
торинговых скважин (№№ 1-х, 2-х, 20-у, 29с и 1-КН), наблюдения по которым должны обеспечить оперативный и достоверный контроль надежности размещения отходов в отработанной камере скважины № Р-2х. Первые четыре скважины расположены выше по потолку подземных вод по отношению к скважине № Р-2х и обеспечивают контроль фоновой гидрохимической обстановки в зоне возможного влияния опытной установки.
Скважина № 1-КН расположена в непосредственной близости от скважины Р-2х ниже 60 м по потолку грунтовых вод и предназначена для контроля герметичности затрубного пространства и надежности изоляции соляной камеры от первого водоносного горизонта, а также выявления любого типа загрязнений, поступающих от скважины № Р-2х в процессе работ. Основная цель мониторинга подземных вод в максимально короткие сроки уловить возможную негер-метичность ствола скважины № Р-2х и предотвратить загрязнение зоны свободного водообмена отходами ЭПХГ в аварийных ситуациях. Мониторинг включает одновременные замеры уровня воды в скважинах и отбор проб воды на химанализы.
В первый месяц работы установки замеры уровня и отбор проб воды производятся
1 раз в неделю, в последующее время 1раз в месяц. Пробы воды сдаются на количественный анализ (№+ + К+), Са2+, М^+, С1-, 8042-, НС03-, pH и 1,2,3-трихлорпропан.
При увеличении в пробе концентрации 1,2,3-трихлорпропана более чем на 20 % по сравнению с предыдущей пробой, производится повторный отбор и анализ пробы из той же скважины, по результатам которой корректируется методика дальнейших работ.
Контроль герметичности системы «камера-скважина № Р-2х
Для контроля герметичности колонн скважины предусматривается регулярный отбор проб рассола на анализ хлорорганики из межтрубного пространства колонн 0 219-146 и 0 146-73 мм. Пробы отбираются на оголовке скважины.
Достоверность герметичности всех колонн скважины подтверждается результатами мониторинга грунтовых вод по скважине № 1-КН.
Геофизический контроль
Подземная глубокозалегающая горная выработка, созданная методом подземного растворения и имеющая связь с земной поверхностью в виде вертикального ствола 0 200-300 мм, является наиболее труднодоступным объектом для проведения наблюдений и измерений. Как правило, периодическое использование серийной геофизической аппаратуры не давало результатов, а специальная аппаратура контроля создавалась в виде рабочих макетов единичного изготовления.
Закачка и хранение хлорорганических отходов с высокой степенью токсичности в камеру подземного растворения еще более осложняет задачу контроля и наблюдения.
Анализ мировой практики захоронения радиоактивных и химических отходов, складирования шламов содово-каустических производств в соляных камерах по литературным источникам показывает отсутствие специально разработанной для этой цели контрольно-измерительной аппаратуры и сложность ее изготовления. Известно, что в 1997 году в Кракове на семинаре 8МШ (международный институт подземного выщелачивания) фирма 80С0М БС8 (Германия) предлагала к продаже, так называемый, емкостной метод контроля границ раздела сред нефтепродукт-рассол и оборудование для этой цели (прокладка кабеля по колонне, защита его, датчики и т.д.). Подобный емкостной метод сопротивлений был внедрен на скважине № 30 Яр-Бишкадакского рассоло-промысла ОАО «Сода» около 40 лет тому назад, а затем в 1982-84 гг. был использован для контроля уровня нерастворителя на скважине № 6х ООО «Усольехимпром». В дальнейшем такой метод применялся при проведении опытных работ по захоронению хлорорганических отходов на скважине № 1 ОАО «Саянскхимпром».
Для контроля стабильности состояния камеры размещения отходов 1 раз в год пре-
дусматривается ее локационная съемка перед началом закачки отходов.
Маркшейдерский контроль
Одним из основных методов оценки герметичности соляной толщи в процессе разработки месторождения методом подземного растворения являются маркшейдерские наблюдения за просадками земной поверхности. Наблюдения за деформацией дневной поверхности земли у устьев эксплуатационных скважин, а также зданий и сооружений на промплощадке допускается выполнять согласно СНиП 1.02.07-87 методом геометрического нивелирования. Класс нивелирования - II. Для зданий и сооружений кроме осадок определяются и горизонтальные смещения фундаментов по программе измерений полигонометрии 1 разряда.
Исследования деформаций выполняется периодически. Продолжительность периода между последовательными исследованиями деформаций устанавливают в зависимости от величины деформаций и интенсивности их затухания, но не менее одного раза в год. Наибольшим деформациям поверхностные объекты подвергаются в период с мая по октябрь. Размещение геодезических пунктов для наблюдения за деформациями - одна из основных задач всей работы по измерениям смещений отдельных точек поверхности земли и сооружений. От правильности размещения и числа знаков во многом зависит качество, полнота и однозначность выявления смещений. Пункты размещены в местах, где возможен в течение всего срока беспрепятственный и удобный подход к ним с рейкой и обеспечена их сохранность. Наибольшая глубина промерзания грунта на участке
работ - 2,5 м в соответствии с этим глубина закладки рабочих грунтовых реперов - более 3,0 м.
Основным принципом построения наблюдательных полигонометрических и нивелировочных сетей на площадке подземного размещения отходов является обеспечение заданных допусков определения смещений реперов. Все опорные реперы строятся на площадке по специальному проекту маркшейдерской станции, выполненному с учетом инженерно-геологических, гидрологических условий площадки.
Для наблюдения за деформацией зданий и сооружений устанавливаются настенные реперы. Настенные реперы должны располагаться на высоте 0,3-1,2 м от поверхности земли так, чтобы выступы стен не мешали установке реек. Координирование стенных реперов рекомендуется выполнять по программе измерений полигонометрии I разряда в соответствии со СНиП 1.02.07-87.
Заключение
Рассмотренные проблемы горно-
экологического мониторинга размещения отходов в соляной подземной камере по своему комплексному охвату существенно отличаются от мониторинга, например, гидрогеологической среды или геодинамиче-ского мониторинга, решающих более узкие направленные задачи.
Такой подход предопределен спецификой создания подземных камер-хранилищ геотехнологическим методом и расположением их часто вблизи объектов, связанных с добычей полезных ископаемых (типичный пример: рассолопромысел и подземная камера размещения токсичных отходов).
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------
Каратыгин Е.П. - кандидат технических наук, заместитель генерального директора ООО «СТРЕСС», г. Санкт-Петербург.
© А.И. Левченко, Б. П. Глухов.
Ю.А. Богданов, 2005
УДК 546:622
А.И. Левченко, Б.П. Глухов, Ю.А. Богданов
